Wechselrichter

Photovoltaik-Wechselrichter wandeln die Gleichspannung von Solarmodulen in netzverträgliche Wechselspannung um und übernehmen zunehmend zusätzliche Aufgaben wie Netzstützung und Energiemanagement. Vom privaten Haushaltsgerät bis zum Kraftwerkspark werden solche Wechselrichter überall eingesetzt. Ihre Bedeutung ist durch die Energiewende noch einmal gestiegen, denn nicht nur für Photovoltaik (PV)-Anlagen, sondern auch für Batteriespeicher wie in der Elektromobilität oder das Energienetz-Management sind sie unerlässlich. Allerdings müssen sie für diese Anwendungsfälle erhebliche Belastungen meistern: Sie sind in einem nahezu ununterbrochenen Betrieb den Einflüssen von hohen elektrischen Spannungen, Schmutz, Wind und Wetter ausgesetzt.

Hochwertige Wechselrichter erreichen trotz dieser Belastungen typischerweise eine Lebensdauer von bis zu 25 Jahren. Die Hersteller setzen, meist basierend auf Erfahrungswissen, auf Herstellungsprozesse und Werkstoffe, mit denen die nötige Robustheit zu erwarten ist. Ein vertieftes Verständnis von Alterungsprozessen, Ausfallmechanismen oder Defektrisiken für die einzelnen Bauteile innerhalb eines Wechselrichters liegt hingegen in der Regel nicht vor. Damit geht auch die Möglichkeit verloren, Effizienzpotenziale zu heben, was entsprechende Mehrkosten mit sich bringt.

Leistungskondensatoren, insbesondere die MKP-Technologie (Metallisierte Polypropylen-Folienkondensatoren), spielen in Wechselrichtern eine wichtige Rolle. Die wichtigsten Alterungsmechanismen dieser Kondensatoren sind bekannt und werden durch Spannung, Temperatur und Feuchte beeinflusst. Die Wechselwirkungen dieser Faktoren spielen für die Zuverlässigkeit und Lebensdauer dabei eine besonders wichtige Rolle. Am Fraunhofer IMWS können sie bewertet und in ein quantitatives Alterungsmodell integriert werden. Mit ihren materialwissenschaftlichen Kompetenzen und ihrer umfangreichen Erfahrung in der Entwicklung von Prüfverfahren können die Fraunhofer-Fachleute geeignete Modelle und Parameter entwickeln, die belastbare Vorhersagen für die Lebensdauer elektromechanischer Schalter unter wechselnden Umwelteinflüssen erlauben, auch für selten oder nicht geschaltete Kontakte.

Durch die Nutzung empirischer Daten und repräsentativer Lastkollektive können realitätsnahe Zuverlässigkeits- und Lebensdauerprognosen erstellt werden. Durch eine effiziente statistische Planung der Versuche lässt sich dabei mit minimalem Aufwand ein maximaler Informationsgehalt generieren.

Warum sind Zuverlässigkeitsprognosen entscheidend?

Zuverlässigkeitsprognosen bieten eine wissenschaftlich fundierte Basis zur Bewertung der Lebensdauer und Leistungsfähigkeit von PV- und Batterie-Wechselrichtern. Durch präzise Prognosen können potenzielle Schwachstellen frühzeitig erkannt und präventive Maßnahmen ergriffen werden, um Ausfälle zu minimieren und die Betriebskosten zu senken.

Die Vorteile zuverlässiger Wechselrichter

• Minimierung von Ausfallzeiten: Ein zuverlässiger Wechselrichter reduziert unvorhergesehene Stillstandszeiten und gewährleistet eine kontinuierliche Energieproduktion.
• Kosteneffizienz: Durch die Reduzierung von Reparatur- und Austauschkosten tragen zuverlässige Wechselrichter zur Senkung der Gesamtbetriebskosten bei.
• Längere Lebensdauer: Hochwertige Wechselrichter, deren Zuverlässigkeit regelmäßig prognostiziert und überwacht wird, weisen eine längere Lebensdauer auf und maximieren so den Return on Investment.